MD1832Z - Procedeu de tratare a seminţelor de porumb înainte de semănat - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la utilizarea nanotehnologiei în agricultură, în special la procedee de tratare a seminţelor, folosind un câmp magnetic în prezenţa nanoparticulelor de magnetită stabilizate cu polietilenglicol.Procedeul de tratare a seminţelor de porumb înainte de semănat constă în tratarea seminţelor cu o soluţie coloidală de nanoparticule de magnetită Fe3O4, stabilizate cu polietilenglicol cu o greutate moleculară de 6000 unităţi, cu concentraţia de 5-12,5 mg/L, tratarea se efectuează într-un câmp magnetic cu o inducţie de 40-50 µT în intervalul de frecvenţă de 6-10 Hz timp de 20 de minute.

Description

Invenţia se referă la utilizarea nanotehnologiei în agricultură, în special la procedee de tratare a seminţelor, folosind un câmp magnetic în prezenţa nanoparticulelor de magnetită stabilizate cu polietilenglicol.

De mai multe decenii ştiinţa agricolă s-a concentrat pe intensificare, adică creşterea randamentelor fără creşterea suprafeţei. Evoluţiile moderne în domeniul nanotehnologiei deschid o altă direcţie în intensificarea agriculturii.

Astfel, recent s-au efectuat cercetări intensive privind tratarea înainte de însămânţare a seminţelor diferitelor culturi, folosind o suspensie de nanoparticule de Fe3O4 şi prelucrarea acestora cu un câmp magnetic.

Se cunoaşte un procedeu de tartare a seminţelor de porumb cu nanoparticule de Fe3O4 cu expunerea ulterioară la vibraţii cu o frecvenţă de 10 Hz timp de 4 ore pentru a accelera dezvoltarea seminţelor de porumb [1].

Dezavantajul acestui procedeu este timpul lung de expunere la vibraţii, mai ales dacă se referă la prelucrarea volumelor mari de producţie de seminţe, de asemenea, în acest procedeu se utilizează concentraţii suficient de mari de nanoparticule, de 0,3 g/L.

Cea mai apropiată soluţie este procedeul de tartare a seminţelor de porumb în care se utilizează acţiunea combinată a unui câmp magnetic alternativ cu nanoparticule de Fe3O4, unde seminţele de porumb de zahăr au fost iniţial expuse la un câmp magnetic alternativ cu parametrii f=50 Hz, B=1 mT timp de 1 oră şi apoi tratate cu nanoparticule de Fe3O4 cu o concentraţie de 0,1 mg/mL (100 mg/L) [2].

Dezavantajul acestei metode este o inducţie a câmpului magnetic suficient de mare şi o concentraţie mare de nanoparticule de Fe3O4.

Astfel de parametri provoacă stres în seminţele procesate.

Sub influenţa stresului, creşte germinarea seminţelor şi creşterea lor accelerată în primele etape ale dezvoltării.

Experimentele care utilizează acest procedeu au fost efectuate numai în condiţii de laborator, fără studii de teren, adică fără însămânţarea seminţelor tratate în sol şi determinarea mărimii culturii în comparaţie cu grupul de control.

Solicitantul a efectuat teste pe teren cu seminţe tratate cu această metodă şi a constatat că randamentul a fost la nivelul grupului de control, unde seminţele înainte de plantare au fost înmuiate în apă distilată.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în sporirea eficienţei tratării seminţelor înainte de însămânţare pentru a obţine randamente crescute, respectând în acelaşi timp siguranţa mediului.

Această problemă se rezolvă prin procedeul de tratare a seminţelor de porumb înainte de semănat, care constă în tratarea seminţelor cu o soluţie coloidală de nanoparticule de magnetită Fe3O4, stabilizate cu polietilenglicol cu o greutate moleculară de 6000 unităţi, cu concentraţia de 5-12,5 mg/L, în care tratarea se efectuează într-un câmp magnetic cu o inducţie de 40-50 µT, cu variaţia frecvenţei de la 6 Hz la 10 Hz şi înapoi la fiecare 2 minute, timp de 20 de minute.

Se ştie că în celulele organismelor vii, împreună cu procesele biochimice, există procese biofizice care le depăşesc în putere şi semnificaţie. De-a lungul dezvoltării vieţii pe Pământ, organismele vii au evoluat într-un mediu în care sunt prezente câmpuri electromagnetice de intensitate scăzută, de exemplu, undele Schumann (7,8-8 Hz). Toate procesele care apar în celulele organismelor vii sunt asociate cu astfel de câmpuri naturale.

Eficacitatea efectului asupra seminţelor a fost confirmată de o serie de experimente efectuate pe seminţe ale unui hibrid de porumb №265 de la Institutul fitotehnic "Porumbeni".

Experimentele au arătat un avantaj semnificativ în germinarea şi uniformitatea răsadurilor în comparaţie cu controlul. În toate exemplele, seminţele au fost iradiate timp de 20 de minute cu un câmp magnetic cu inducţie de 40-50 µT în intervalul de frecvenţă de la 6 Hz la 10 Hz şi înapoi la fiecare 2 minute.

Deoarece semnalele active au o intensitate şi frecvenţe extrem de scăzute, inerente tuturor organismelor vii, acest efect nu poate provoca mutaţii în celule, iar prezenţa nanoparticulelor de magnetită (NpsFe3O4/PEG) - mimetice ale enzimei catalaza - îmbunătăţeşte energia de germinare şi germinarea seminţelor de porumb hibrid №265.

Avantajul procedeului propus este utilizarea unui generator de câmp magnetic de joasă frecvenţă de intensitate scăzută, ceea ce a fost confirmat de o serie de experimente.

S-a demonstrat că câmpul magnetic creşte permeabilitatea membranei celulare - acest lucru este confirmat de sporirea energiei de germinare şi germinării seminţelor, precum şi de parametrii morfologici ai răsadurilor şi de sistemul radicular al porumbului.

Îmbunătăţirea energiei germinative este rezultatul efectului sinergetic al expunerii simultane a seminţelor la nanoparticule de magnetită Fe3O4 şi un câmp magnetic alternativ.

Nanoparticulele de magnetită Fe3O4/polietilenglicol (Nps Fe3O4/PEG) au fost obţinute pe baza unei metode modificate de co-precipitare (T. Gutul, I. Rastemisina, O. Postolachi, A. Nicorici, D. Dvornikov, P. Petrenco. Synthesis and biological application of magnetite nanoparticles. Moldavian Journal of the Physical Sciences, 2015, v. 14, nr. 3-4, p. 177-188), utilizând soluţii apoase de sulfat de fier(II) şi clorură de fier(III) cu raportul de concentraţii de Fe2+: Fe3+ de 1:2, în prezenţa polietilenglicolului (Peg Ms=6000). Sinteza a fost efectuată într-un vas de reacţie cu volum de 250 mL, în care 50 mg de pulbere de PEG a fost pre-dizolvată în 200 mL de apă distilată şi a fost adăugat sulfat de fier(II) (FeSO4·7H2O) 2,7 g la soluţia de polietilenglicol. După dizolvarea sării de sulfat de fier(II) a fost adăugată clorura de fier(III) (FeCl3·6H2O) 5,4 g, amestecarea a fost efectuată până când sărurile au fost complet dizolvate. Apoi hidroxidul de amoniu (NH4OH) soluţie de 12,5%, în volum de 44 mL, a fost adăugat în vasul de reacţie, pulberea neagră de nanopartucule de NpsFe3O4/PEG s-a precipitat în decurs de 1 oră. Reacţia a avut loc la temperatura de 70°C în prezenţa ultrasunetului, utilizând dispozitivul Elmasonic S100H. Nanoparticulele de Fe3O4/PEG au fost separate de mediul de reacţie şi spălate cu apă distilată şi apoi cu etanol pentru a exclude prezenţa ionilor de clorură şi sulfat, pulberea a fost uscată la 100°C.

Nanoparticulele de magnetită Fe3O4/PEG au fost utilizate pentru a prepara soluţia coloidală apoasă cu o concentraţie iniţială de 50 mg/L, care a fost utilizată ulterior pentru a prepara soluţii cu concentraţii de 5 mg/L, 12,5 mg/L şi 20 mg/L.

Avantajul metodei propuse este:

- reducerea timpului de procesare a seminţelor de porumb cu un câmp magnetic la 20 min;

- utilizarea unui câmp magnetic de intensitate mai mică;

- reducerea concentraţiei de nanoparticule de magnetită stabilizate cu polietilenglicol, iar utilizarea nanoparticulelor acoperite cu un stabilizator face posibilă obţinerea unei soluţii coloidale stabile fără sedimentarea nanoparticulelor.

Invenţia este explicată prin următoarele figuri:

- fig. 1, rezultatele experimentului 1, unde concentraţia de NpsFe3O4/PEG a fost de 5 mg/L;

- fig. 2, rezultatele experimentului 2, unde concentraţia de NpsFe3O4/PEG a fost de 12,5 mg/L;

- fig. 3, rezultatele experimentului 3, unde concentraţia de NpsFe3O4/PEG a fost de 20 mg/L.

Au fost efectuate experimente pe acelaşi număr de seminţe cu concentraţii diferite de NpsFe3O4 /PEG.

Toate experimentele au fost efectuate în trei repetări. Rezultatele au fost procesate folosind programe de calculator Microsoft Excel şi prezentate ca medii aritmetice cu deviaţie standard. Semnificaţia statistică a diferenţelor dintre control şi experiment a fost evaluată prin criteriul t-Student. Diferenţele au fost semnificative statistic la (p>0,90).

Seminţele de porumb au fost calibrate în cantitate de 360 de bucăţi pentru fiecare experiment. În fiecare experiment, seminţele au fost plasate în 9 căni câte 30 în fiecare în trei repetări.

Trei căni din control au fost umplute cu apă distilată, iar în celelalte două cu o soluţie coloidală de nanoparticule de concentraţii diferite - 5 mg/L, 12,5 mg/L şi 20 mg/L.

Volumul de lichid în toate cazurile a fost de 25 mL.

Experienţa 1

Varianta 1: seminţe + H2O (apă distilată) (3 căni)

Varianta 2: seminţe + NpsFe3O4/PEG (5 mg/L) + H2O (3 căni)

Varianta 3: seminţe + câmp magnetic + H2O (3 căni)

Varianta 4: seminţe + NpsFe3O4/PEG (5 mg/L) + H2O (3 căni) + câmp magnetic.

Seminţele înmuiate în variantele 3 şi 4 au fost tratate cu un câmp magnetic timp de 20 de minute. Seminţele din toate cănile au fost plasate în vase Petri pe un strat de foaie de filtru în aceeaşi zi şi plasate într-o cameră de creştere la t=+22 C° şi umiditatea de 82-85%, respectiv. După 4 zile energia de germinare a fost testată, iar în a 8-a zi s-a măsurat lungimea coltelui şi rădăcina seminţelor.

Energia de germinare în cazul control a fost de 90%, iar în cazul seminţelor tratate cu un câmp magnetic şi NpsFe3O4/PEG la o concentraţie de 5 mg/L de 98%. Rezultatele măsurătorilor lungimii rădăcinii şi coltelui sunt prezentate în fig. 1.

Experienţa 2

Varianta 1: seminţe + H2O (apă distilată) (3 căni)

Varianta 2: seminţe + NpsFe3O4/PEG (12,5 mg/L) + H2O (3 căni)

Varianta 3: seminţe + câmpul magnetic + H2O (3 căni)

Varianta 4: seminţe + NpsFe3O4/PEG (12,5 mg/L) + H2O (3 căni) + câmp magnetic.

Seminţele înmuiate în variantele 3 şi 4 au fost tratate cu un câmp magnetic timp de 20 de minute. Seminţele din toate cănile au fost plasate în vase Petri pe un strat de foaie de filtru în aceeaşi zi şi plasate într-o cameră de creştere la t=+22 C° şi umiditatea de 82-85%, respectiv. După 4 zile energia de germinare a fost testată, iar în a 8-a zi s-a măsurat lungimea coltelui şi a rădăcinii.

Energia de germinare în control a fost de 90,4%, iar la seminţele tratate cu câmp magnetic şi NpsFe3O4/PEG la o concentraţie de 12,5 mg/L de aproximativ 96%. Rezultatele măsurătorilor lungimii rădăcinii şi coltelui sunt prezentate în fig. 2.

Experienţa 3

Varianta 1: seminţe + H2O (apă distilată) (3 căni)

Varianta 2: seminţe + NpsFe3O4/PEG (20 mg/L) + H2O (3 căni)

Varianta 3: seminţe + câmp magnetic + H2O (3 căni)

Varianta 4: seminţe + NpsFe3O4/PEG (20 mg/L) + H2O (3 căni) + câmp magnetic.

Seminţele înmuiate în variantele 3 şi 4 au fost tratate cu un câmp magnetic timp de 20 de minute. Seminţele din toate cănile au fost plasate în vase Petri pe un strat de foaie de filtru în aceeaşi zi şi plasate într-o cameră de creştere la t=+22 C° şi, respectiv, umiditatea de 82-85%, respectiv. După 4 zile energia de germinare a fost testată, iar în a 8-a zi s-a măsurat lungimea coltelui şi a rădăcinii.

Energia de germinare în cazul martor a fost de 81,3%, iar în cazul seminţelor tratate cu câmp magnetic şi NpsFe3O4/PEG la o concentraţie de 20 mg/mL de aproximativ 89%. Rezultatele măsurării lungimii rădăcinii şi coltelui sunt prezentate în fig. 3.

Din graficele din figurile 1, 2 şi 3 se poate observa că la o concentraţie de NpsFe3O4/PEG egală cu 20 mg/L tulpina şi rădăcina răsadurilor sunt mai mici decât proba de control.

Astfel, este evident că cel mai bun rezultat este obţinut la o concentraţie de NpsFe3O4/ PEG de la 5mg/L la 12,5 mg/L.

Testele de teren la câmpul experimental (satul Leordoaia, Raionul Călăraşi) au arătat următoarele:

Tipul tratamentului seminţelor Control, Н2О NpsFe3O4 /PEG Câmp magnetic NpsFe3O4 /PEG + Câmp magnetic Randament, C/ha 68,0 78,0 81,3 89,0

Astfel, este evident că tratarea seminţelor înainte de semănat cu o combinaţie simultană a unui câmp magnetic de joasă frecvenţă cu concentraţii scăzute de magnetită oferă cel mai bun rezultat nu numai în germinarea seminţelor şi dezvoltarea lor timpurie, ci şi cel mai bun rezultat în randament, care în cele din urmă interesează producătorii agricoli.

1. Гелюх Т.М. Влияние наночастиц Fe3O4 на онтогенез кукурузы сахарной (Zea mays L.). Вестник СНО ДонНУ, 2021, nr. 13, v. 1, p. 47-52

2. Котюк П.Ф., Корниенко В.О. Влияние сочетанного действия переменного магнитного поля с наночастицами Fe3O4 (cit) на онтогенез и морфометрию кукурузы сахарной. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2022, v. 7, nr. 1, p. 45-49

Claims (1)

1. Procedeu de tratare a seminţelor de porumb înainte de semănat, care constă în tratarea seminţelor cu o soluţie coloidală de nanoparticule de magnetită Fe3O4, stabilizate cu polietilenglicol cu o greutate moleculară de 6000 unităţi, cu concentraţia de 5-12,5 mg/L, tratarea se efectuează într-un câmp magnetic cu o inducţie de 40-50 µT, cu variaţia frecvenţei de la 6 Hz la 10 Hz şi înapoi la fiecare 2 minute, timp de 20 de minute.